并联式混合动力汽车研究现状

李泽琛

摘要：随着大气污染等问题的不断出现，传统汽车对环境的污染逐渐为人们所诟病。在这种发展背景下，电动汽车顺势诞生受到人们高度重视。然而，由于技术条件等诸多因素掣肘，BEV始终有着成本高，电池能量密度低等缺点，其大范围推广应用有着明显阻碍。因此，以发动机为主要能量源，以电动机为辅助能量源的油电混合动力汽车是目前以及将来能够广泛应用的新能源车型，值得人们研究与探索。本文介绍了并联式混合动力汽车及其发展现状与未来发展方向。

Abstract： With the continuous emergence of air pollution and other problems， the pollution of traditional vehicles to the environment has been criticized gradually. In this development background， the birth of electric vehicle homeopathy has been highly valued. However， due to the constraints of technical conditions and other factors， BEV always has the disadvantages of high cost and low energy density of battery， which obviously hinders its wide application. Therefore， the hybrid electric vehicle， which takes the engine as the main energy source and the motor as the auxiliary energy source， is a type of new energy vehicle that can be widely used at present and in the future， which is worthy of research and exploration. This paper introduces the parallel hybrid electric vehicle， its development status and future development direction.

关键词：混合动力;新能源;油电混合;并联

Key words： hybrid;new energy;oil-electric hybrid;parallel connection

中图分类号：U469.7                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）11-0064-02

0  引言

迈入全新时代，在社会经济建设日益深入过程中，环境问题也愈来愈严重，特别是化石染料燃烧所造成污染，成为社会大众普遍重视的问题，由于环保方面有着更严格标准，也让汽车工业推进迎来新的挑战，大量学者与业内人士纷纷为此开展研究工作，虽然取得许多重要成果，但整体发展依旧不够完善。环境、资源两方面压力越来越大，形势日渐严峻，时刻牵动着每个人内心，希望找到更理想突破之路。有鉴于此，世界各国纷纷加强汽车尾气排放标准，使得电动汽车地位逐渐升高。尽管很多人认为，在不久的将来，纯电动汽车将会完全取代其他类型的驱动汽车，实现最高市场占有率，然则当前始终有着成本太高、电池能量偏低等缺点，使得其大范围推广应用面临重重阻碍，难以真正达到预期目标。而具有传统燃油汽车及新能源电动汽车二者优点的油电混合动力汽车在日常生活中可以广泛应用，不管理论研究亦或是实践发展，均有重要意义。

1  研究背景

随着人们越来越重视大气污染，对生存环境提出更严格要求，化石燃料的燃烧也越来越被人们诟病，成为亟需解决的重点问题，只有保证人与自然和谐关系，才能实现长期稳健发展。与此同时，传统的内燃机对能量利用的效率低于百分之三十，因此大多数人们认为在将来纯电动汽车将会代替传统汽车。然而，汽油等化石燃料的能量密度远高于车载电池的能量密度，若完全采用电池来为汽车的驱动提供能量，那么汽车的体积将会扩大，从目前的技術看，现在广泛使用纯电动汽车是不切实际的，仍然有着大量问题、阻碍需要攻克，无法短时间内达到目标。有鉴于此，众多工程师提出了HEV，这种汽车一方面拥有发动机性能良好、持续工作时间长的特性，另一方面也具有电动机污染小的特点。除此之外，相较传统汽车而言，HEV能量利用率明显更高。

2  并联式混合动力汽车

2.1 并联式混合动力汽车

根据发展现状来看，并联式结构逐渐占据该领域主导地位。它是指内燃机、电动机一同运行，一起提供汽车驱动必要能量。同时，为了使发动机更有效率地运行，汽车电动机同样起到了发电机职能作用。（见图1）

并联式、串联式两种HEV对比可知，前者生产、应用阶段限制更少。即便前者核心动力依旧是内燃机，但是相对于纯电动汽车，因为有效保留传统汽车动力传输模式，所以在效率上更高。

2.2 并联式混合动力汽车结构

由结构上来看，主要包含两套驱动系统，详情如图2所示。结合图例进行说明，面向较为复杂工况时能够选择与之对应驱动模式，故而应用场合非常宽广。对这种结构而言，通过人们不懈研究和努力，现阶段类型越来越丰富，具体表现在电动机台数与布置、变速器类别、部件数量、位置关系方面存在差异。按照输出轴结构进行区分，包括单/双轴式。

2.2.1 单轴式并联混合动力系统

对变速器而言，其经主传动轴和发动机相接，电动机转矩经齿轮和内燃机转矩由其前面复合，也就是人们常说的转矩复合。除此之外，内燃机、电动机与其输入轴间转矩成比例。

2.2.2 双轴式并联混合动力系统

结合实际情况来看，配备两套变速器，依次和内燃机相接，以此为前提，经齿轮有效复合。具体运行阶段，能够逐一调整变速比控制内燃机、电动机间转速关系，让发动机工况控制更加方便。

行星齿轮存在两自由度，能按两输入部件转速复合得到输出轴转速，部件间转矩始终成比例，因此被人们叫做转速复合。

2.3 工作模式

按照实际情况归纳整理可知，一般包含如下幾种工作模式：①纯电驱动：电池电量足够前提下，可选择使用这种驱动模式。②纯发动机驱动：保持匀速行驶期间，可选择使用这种驱动模式，如此一来，效率得到大幅提高。③混合驱动：加速或爬坡时，两动力轮输出一起提供动力。电动机能量则源于电池组。④行车充电：如果发动机功率超过正常负荷，电池组SOC没有处于最高状态，那么多余能量可用于向其充电。⑤制动能量回收：减速制动期间，电动机输出供电制动力矩，并回收能量实现充电。⑥停车充电：如果此时电池组电量较低，为确保下次实现纯电启动，能够通过发动机向其充电。

2.4 并联式混合动力汽车的优点

首先，两条驱动路径并联在一起，可提高功率。具备两套动力系统，可提高汽车动力性。另外，动力传递期间，仅仅只有摩擦损耗，并无其它转换过程，故而总能量转换综合效率超过串联式HEV。

再者，储能元件容量没有很高要求。电动机/发动机功率按照多能源动力总成匹配标准，能够采用更小功率发动机。不仅功率方面占据优势，质量与体积也能减小，相配套动力电池容积减小，这种情况下，整车整备质量明显更轻。

相较其它类型HEV而言，并联式能够长期保持污染少，油耗低的情况之下行驶。另外，并联式混合动力汽车内部的电池可以在一定程度上回收汽车上下坡等变速时过度消耗的能量，促使能量利用率得到明显增强。

相对于纯电动汽车来说，并联式能够直接选择加油站解决能量问题，换言之，不用另建充电站点。另外，并联式整体造价适中，有利于在实际生活中广泛推广和应用。其次，由于汽车仍保留内燃机，因此面对取暖除霜等耗能大的行为时，相较BEV而言能够展现巨大优势。

3  尚未解决的问题

对并联式而言，发动机驱动属于核心模式之一，但其工况与行驶工况有着密切关联，不能长期工作于高效区，故而排放性能明显逊于串联式HEV。

在诸多因素影响下，目前，并联式仍然不能实现零污染要求，但相信在不久的将来，并联式混合动力汽车中内燃机提供能量所占的比例会越来越低，逐渐向零排放的目标靠近，最终实现预期目标。

4  发展方向

在未来很长一段时间里，并联式结构将始终保持良好发展潜力，随着人们逐渐提高节能减排以及减少环境污染的意识，并联式混合动力汽车将逐渐在日常生活中广泛应用，占据市场更多份额。由混合动力系统来看，如何提高电动机在能量供应上的占比也是工程师们目前正在努力研究的问题，相信不久之后，在科技水平日益增强背景下，必然会有突破性进展，为人们出行提供便利的同时，真正实现零污染排放目标，加强环保效果，让节能减排与环保事业发展上升到全新高度。

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